第十三章光學(xué)實驗18測量玻璃的折射率1.學(xué)會用插針法確定光路。2.掌握測量折射率的原理和方法,并計算玻璃的折射率。實驗儲備·歸納自主落實回扣教材實驗類型·突破關(guān)鍵能力深度剖析【典例1】某同學(xué)利用“插針法”測量玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行,正確操作后,作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖甲所示。類型1實驗基本技能應(yīng)用(1)此玻璃磚的折射率計算式為n=________(用圖中θ1、θ2表示)。(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應(yīng)選用寬度________(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量。(3)若某同學(xué)選用如圖乙所示的玻璃磚,AA'、BB'為畫出的邊界,則測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。

【典例2】如圖所示,某同學(xué)用插針法測量一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2,確定入射光線,并讓入射光線過圓心O,在玻璃磚(圖中實線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3。圖中MN為分界面,虛線半圓與玻璃磚對稱,B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn),AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。(1)設(shè)AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測量________的長度,則玻璃磚的折射率可表示為________。(2)該同學(xué)在插大頭針P3前,不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一個小角度,由此測得玻璃磚的折射率將_____(填“偏大”“偏小”或“不變”)。

考向1

實驗原理的改變【典例3】某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實線所示,使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上,該直線垂直于玻璃磚的直徑邊,然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動,同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像,且P2的像擋住P1類型2實驗的遷移、拓展和創(chuàng)新的像。如此觀察,當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時,上述現(xiàn)象恰好消失。此時只需測量出_______,即可計算出玻璃磚的折射率。請用你測量的量表示出折射率n=______。

實驗測量半圓形玻璃磚的折射率,且改變了依據(jù)的原理,應(yīng)用了光的全反射規(guī)律?？枷?

實驗器材的改變【典例4】某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率,先在白紙上放好三棱鏡,在棱鏡的左側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在棱鏡的右側(cè)觀察到P1和P2的像,當(dāng)P1的像恰好被P2的像擋住時,插上大頭針P3和P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3,也擋住P1、P2的像,在紙上標(biāo)出的大頭針的位置和三棱鏡的輪廓如圖所示。(1)在圖上畫出對應(yīng)的光路。(2)為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率,若以AB為分界面,需要測量的量是__________________在圖上標(biāo)出它們。(3)三棱鏡玻璃材料折射率的計算公式是n=________。(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中,放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移(移至圖中的虛線位置,底邊仍重合),則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真實值。

(4)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中,放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移,仍以AB為分界面,將入射光線與AB(虛線)的交點(diǎn)和出射光線與BC(虛線)的交點(diǎn)連接起來,從而可知該連接線發(fā)生偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致折射角變小,而入射角不變,所以折射率的測量值比真實值大。

高效訓(xùn)練·提能拓廣視野智學(xué)慧考1.某校開展研究性學(xué)習(xí),某研究小組根據(jù)光學(xué)知識,設(shè)計了一個測液體折射率的儀器。如圖所示,在一個圓盤上,過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上,垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2,在圓周EC部分插上P3,使P3擋住P1、P2的像。同學(xué)們通過計算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可以直接讀出液體折射率的值。(1)若∠AOF=30°,OP3與OC之間的夾角為30°,則P3處刻的折射率的值為________。(2)圖中P3、P4兩處,對應(yīng)折射率大的是________。(3)作AO的延長線交圓周于K,K處對應(yīng)的折射率為________。

2.在“測量玻璃的折射率”實驗時,(1)下列做法正確的是________(填選項字母)。A.入射角越大,誤差越小B.在白紙上放好玻璃磚后,用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面C.實驗時既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測量D.判斷像與針是否在同一直線時,應(yīng)該觀察大頭針的頭部(2)小明同學(xué)在插針時玻璃磚的位置如圖甲所示。根據(jù)插針與紙上已畫的界面確定入射點(diǎn)與出射點(diǎn),依據(jù)上述操作所測得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。(3)小明同學(xué)經(jīng)正確操作后,在紙上留下四枚大頭針的位置P1、P2、P3和P4,AB和CD是描出的玻璃磚的兩個邊,如圖乙所示。請在圖乙中畫出光路圖。

答案

(1)C

(2)偏小(3)光路圖見解析3.(2023·廣東卷)某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實驗過程如下:(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界。(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點(diǎn)水平入射,到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)和激光筆出光孔Q的位置。②移走玻璃磚,